Schädigung und Rißinitiierung in ferroelektrischen Werkstoffen durch Wechselwirkung mechanischer und elektrischer Spannungen

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Ein tieferes Verständnis der Schädigungsmechanismen bei zyklischer elektrischer Belastung einer ferroelektrischen Keramik ist erreicht worden. Der wesentliche Schädigungsmechanismus ist die Defektagglomeration und -koaleszenz im Inneren der Körner, die weitere innere Grenzflächen und Leerstellenpfade als innere Rissanfänge erzeugt. Die akustischen Emissionsdaten (AE) spiegeln den jeweiligen Schädigungsgrad sehr gut wieder und zeigen die Verhakung des Domänensystems durch die neu eingebrachten Defektagglomerate beziehungsweise an der Oberfläche generierten Mikrorisse. Die AE zeigen für verschiedene Kristallphasen und Messungen an BaTiO3-Einkristallen charakteristisch den ferroelastischen Dehnungsbeitrag.Im vorliegenden Antrag sollen die als Arbeitshypothese aufgestellten Modelle zur inneren Schädigung der PZT-Keramik durch Kontrollexperimente verifiziert werden. Ferner sollen die Einflüsse der Probendicke und die damit einher gehende mechanische Verspannung auf die Mikrorissbildung in Zusammenarbeit mit Prof. Arnold (Saarbrücken) an der Probenoberfläche und die darauf folgende Korrosion der Keramik untersucht werden. Die Messung der akustischen Emission stellt dabei weiterhin das wichtigste Werkzeug zur Charakterisierung der Schädigung dar. Die unipolare Belastung des Materials soll, sofern zeitlich realisierbar, der bipolaren Zyklierung gegenübergestellt werden. Eine Modellierung der Mikrospannungen soll in ersten Ansätzen mit einem neu entwickelten Fe-Programm in Zusammenarbeit mit Herrn Prof. Fuller (NIST, Gaithersburg, USA) erfolgen.